1、2022-5-116.1.16.1.1 常用脈沖波形及參數 6.2.16.2.1 用集成門電路構成的施密特觸發器 6.2.26.2.2 集成施密特觸發器 6.1.26.1.2 RC電路的應用 6.2.36.2.3 施密特觸發器的應用 2022-5-12觸發器有什么特點？請畫出與非門實現的基本RS觸發器的電路圖。請列出基本RS觸發器的功能表。什么叫現態？次態？基本RS觸發器的觸發方式？2022-5-13MSI時序邏輯電路的分析步驟？2022-5-14脈沖信號：指突然變化的電壓或電流。脈沖電路的研究重點：波形分析。數字電路的研究重點：邏輯功能。 獲得脈沖波形的方法主要有兩種：1利用脈沖振蕩電路產生

2、；2是通過整形電路對已有的波形進行整形、變換，使之符合系統的要求。 2022-5-15以下主要討論幾種常用脈沖波形的產生與變換電路：（功能、特點及其主要應用簡介）1.RC電路：對矩形波進行微分、積分變換，或作脈沖分壓器；2.施密特觸發器：主要用以將非矩形脈沖變換成上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脈沖；3.單穩態觸發器：主要用以將脈沖寬度不符合要求的脈沖變換成脈沖寬度符合要求的矩形脈沖；4.多諧振蕩器：產生矩形脈沖；5.555定時器。6.1.1 6.1.1 常用脈沖波形及參數 1. 常見的脈沖波形 脈沖波形是指突變的電流和電壓的波形。 圖6-1 常見的脈沖波形圖 2022-5-172. 矩形波及其參

3、數 圖6-2 非周期性和周期性矩形波(a) 非周期性 (b) 周期性數字電路中用得最多的是矩形波。矩形波有周期性與非周期性兩種。 2022-5-18圖6-3 矩形波的主要參數 周期性矩形波的周期用T表示，有時也用頻率f表示（f =1/ T）。 矩形波的另外幾個主要參數： （1）脈沖幅度Um （2）脈沖寬度tw （3）上升時間tr （4）下降時間tf （5）占空比q =t w /T 。通常q用百分比表示，如果q =50%，則稱為對稱方波。 2022-5-196.1.2 RC電路的應用 可對矩形波進行變換，常用的有微分電路、積分電路和脈沖分壓器。 圖6-4 微分電路 1. 微分電路 可將矩形波變換

4、為尖峰波（條件可將矩形波變換為尖峰波（條件RCtw）。）。 由于電路的輸出由于電路的輸出uO只反映輸入波形只反映輸入波形uI的突變的突變部分，故稱為微分電路。部分，故稱為微分電路。 2022-5-1102. 積分電路 圖6-5 積分電路 （b）可將矩形波變換為三角波。）可將矩形波變換為三角波。（條件（條件RCt w）（c） 輸出波形輸出波形uO的邊沿變差了。的邊沿變差了。（如果（如果RCt w，即不滿足積分電路的條件），即不滿足積分電路的條件）2022-5-1113. 脈沖分壓器 在模擬電路中，常用電阻分壓器來實現正弦波信號的無失真傳輸。 但是，對脈沖信號的傳輸，不能采用簡單的電阻分壓器，因為

5、分布電容的影響，會使輸出波形的邊沿發生畸變。2022-5-112圖6-6 脈沖分壓器 為了實現脈沖信號的無畸變傳輸，需要采用脈沖分壓器。 各種示波器的輸入衰減器采用的就是這種脈沖分壓器。只要滿足條件C1R1 =C2R2，則可實現脈沖信號的無畸變傳輸。 2022-5-113主要用途：把變化緩慢的信號波形變換為邊沿陡峭的矩形波。 特點：電路有兩種穩定狀態。兩種穩定狀態的維持和轉換完全取決于外加觸發信號。觸發方式：電平觸發。電壓傳輸特性特殊，電路有兩個轉換電平（上限觸發轉換電平UT+和下限觸發轉換電平UT）。狀態翻轉時有正反饋過程，從而輸出邊沿陡峭的矩形脈沖。 2022-5-1146.2.16.2.

6、1用集成門電路構成的施密特觸發器 1. 電路組成 兩個CMOS反相器，兩個分壓電阻。 圖6-7 用集成門電路構成的施密特觸發器（a） 電路 （b）邏輯符號2022-5-1152. 工作原理 （1）工作過程 設CMOS反相器的閾值電壓UTH=VDD/2，輸入信號uI為三角波。 2022-5-116當uI=0V時， G1截止、G2導通，輸出為UOL，即uO=0V。只要滿足uI1UTH，電路就會處于這種狀態（第一穩態）。當uI上升，使得uI1 =UTH時，電路會產生如下正反饋過程： 2022-5-117電路會迅速轉換為G1導通、G2截止，輸出為UOH，即uO=VDD的狀態（第二穩態）。此時的uI值稱

7、為施密特觸發器的上限觸發轉換電平UT+。顯然，uI繼續上升，電路的狀態不會改變。2022-5-118如果uI下降，uI1也會下降。當uI1下降到UTH時，電路又會產生以下的正反饋過程： 電路會迅速轉換為G1截止、G2導通、輸出為UOL的第一穩態。此時的uI值稱為施密特觸發器的下限觸發轉換電平UT。uI再下降，電路將保持狀態不變。 2022-5-119 （2）工作波形與電壓傳輸特性 施密特觸發器將三角波uI變換成矩形波uO。 圖6-8 施密特觸發器的工作波形及電壓傳輸特性（a）工作波形 （b）電壓傳輸特性3.重要參數 上限觸發轉換電平UT+ 下限觸發轉換電平UT 回差回差UT = UT+UT（通

8、常（通常UT+UT）改變改變R1和和R2的大小可以改變回差的大小可以改變回差UT 2022-5-120集成施密特觸發器的UT+和UT的具體數值可從集成電路手冊中查到。如CT74132的UT+1.7 V、UT0.9 V，所以，UTUT+UT1.7 V0.9 V0.8 V。 6.2.26.2.2 集成施密特觸發器 1.施密特反相器TTL的74LS14和CMOS的CC40106均為六施密特觸發的反相器。下面以CC40106為例說明其功能。 2022-5-121圖6-9 施密特觸發反相器(a) 原理框圖 (b) 電壓傳輸特性 (c) 邏輯符號 為了提高電路的性能，電路在施密特觸發器為了提高電路的性能，

9、電路在施密特觸發器的基礎上，增加了整形級和輸出級。的基礎上，增加了整形級和輸出級。 整形級整形級可以使輸出波形的邊沿更加陡峭，可以使輸出波形的邊沿更加陡峭， 輸出級輸出級可以提高電路的負載能力。可以提高電路的負載能力。 2022-5-1222.施密特觸發與非門電路 為了對輸入波形進行整形，許多集成門電路采用了施密特觸發形式。比如CMOS的CC4093和TTL的74LS13就是施密特觸發的與非門電路。 圖6-10 施密特觸發與非門的邏輯符號2022-5-1231. 波形變換 將變化緩慢的波形變換成矩形波（如將三角波或正弦波變換成同周期的矩形波）。圖6-11 波形變換 6.2.36.2.3施密特觸

10、發器的應用2022-5-1242.脈沖整形 在數字系統中，矩形脈沖經傳輸后往往發生波形畸變，或者邊沿產生振蕩等。通過施密特觸發器整形，可以獲得比較理想的矩形脈沖波形。 圖6-12 脈沖整形 波形波形畸變畸變邊沿邊沿振蕩振蕩2022-5-1253脈沖鑒幅 將一系列幅度各異的脈沖信號加到施密特觸發器的輸入端，只有那些幅度大于UT+的脈沖才會在輸出端產生輸出信號。可見，施密特觸發器具有脈沖鑒幅能力。 圖6-13 脈沖鑒幅 2022-5-1266.3.16.3.1 用集成門電路構成的單穩態觸發器 6.3.26.3.2 集成單穩態觸發器 6.3.36.3.3 單穩態觸發器的應用 2022-5-127工作

11、特點： 第一，它有穩態和暫穩態兩個不同的工作狀態； 第二，在外加脈沖作用下，觸發器能從穩態翻轉到暫穩態； 第三，在暫穩態維持一段時間后，將自動返回穩態，暫穩態維持時間的長短取決于電路本身的參數，與外加觸發信號無關。例：樓道的路燈 。6.3.1 6.3.1 用集成門電路構成的單穩態觸發器 1. 電路組成及工作原理 暫穩態是靠RC電路的充放電過程來維持的。由于圖示電路的RC電路接成微分電路形式，故該電路又稱為微分型單穩態觸發器。 圖6-14 集成門電路構成的單穩態觸發器 2022-5-129 （1） 輸入信號uI為0時，電路處于穩態。 uI2=VDD，uO=UOL =0，uO1UOH =VDD。

12、（2）外加觸發信號，電路翻轉到暫穩態。當uI產生正跳變時，uO1產生負跳變，經過電容C耦合，使uI2產生負跳變，G2輸出uO產生正跳變；uO的正跳變反饋到G1輸入端，從而導致如下正反饋過程： 2022-5-130使電路迅速變為G1導通、G2截止的狀態，此時，電路處于uO1=UOL、uO=uO2=UOH的狀態。然而這一狀態是不能長久保持的，故稱為暫穩態。 2022-5-131 （3）電容C充電，電路由暫穩態自動返回穩態。 在暫穩態期間，VDD經R對C充電，使uI2上升。當uI2上升達到G2的UTH時，電路會發生如下正反饋過程： 2022-5-132使電路迅速由暫穩態返回穩態，uO1=UOH、uO

13、= uO2=UOL。從暫穩態自動返回穩態之后，電容C將通過電阻R放電，使電容上的電壓恢復到穩態時的初始值。 2022-5-133圖6-15 單穩態觸發器工作波形 2022-5-1342.主要參數 （1）輸出脈沖寬度tw 輸出脈沖寬度tw，就是暫穩態的維持時間。根據uI2的波形可以計算出： tw 0.7RC （2） 恢復時間tre 暫穩態結束后，電路需要一段時間恢復到初始狀態。一般，恢復時間tre為（35）放電時間常數（通常放電時間常數遠小于RC）。 2022-5-135設觸發信號的時間間隔為T，為了使單穩態觸發器能夠正常工作，應當滿足Ttw +tre的條件，即Tmin= tw +tre。因此，

14、單穩態觸發器的最高工作頻率為 fmax = 1/ Tmin = 1/（tw +tre） 在使用微分型單穩態觸發器時，輸入觸發脈沖uI的寬度tw1應小于輸出脈沖的寬度tw，即tw1tw，否則電路不能正常工作。如出現tw1tw的情況時，可在觸發信號源uI和G1輸入端之間接入一個RC微分電路。 3.對輸入觸發脈沖寬度的要求 （3）最高工作頻率fmax（或最小工作周期Tmin）2022-5-1366.3.26.3.2 集成單穩態觸發器 用集成門電路構成的單穩態觸發器雖然電路簡單，但輸出脈沖寬度的穩定性較差，調節范圍小，而且觸發方式單一。因此實際應用中常采用集成單穩態觸發器。 1. 輸入脈沖觸發方式 上

15、升沿觸發下降沿觸發 2022-5-1372. 不可重復觸發型與可重復觸發型 圖（圖（a）為不可重復）為不可重復型觸發單穩態觸發器型觸發單穩態觸發器該電路在觸發進入暫該電路在觸發進入暫穩態期間如再次受到觸穩態期間如再次受到觸發，對原暫穩態時間沒發，對原暫穩態時間沒有影響，輸出脈沖寬度有影響，輸出脈沖寬度tw仍從第一次觸發開始仍從第一次觸發開始計算。計算。 圖（圖（b）為可重復）為可重復觸發型單穩態觸發器觸發型單穩態觸發器 該電路在觸發進入該電路在觸發進入暫穩態期間如再次被暫穩態期間如再次被觸發，則輸出脈沖寬觸發，則輸出脈沖寬度可在此前暫穩態時度可在此前暫穩態時間的基礎上再展寬間的基礎上再展寬tw

16、。 因此，采用可重復觸發單穩態觸發器時能比較因此，采用可重復觸發單穩態觸發器時能比較方便地得到持續時間更長的輸出脈沖寬度。方便地得到持續時間更長的輸出脈沖寬度。2022-5-1383. TTL集成單穩態觸發器電路74121的功能及其應用74121是一種不可重復觸發的單穩態觸發器，它既可采用上升沿觸發，又可采用下降沿觸發，其內部還設有定時電阻Rint(約為2k)。 表6-1 74121電路的功能表 圖6-16 74121的電路符號 觸發輸入端 輸出端 外接定時元件引腳 內部電阻引腳 2022-5-139功能： （1）觸發方式： 2022-5-140圖6-17 74121應用電路（2）定時元件接法

17、： 輸出脈沖uO的寬度：tw 0.7RCext外接電容Cext一般取值范圍為10 pF10F，在要求不高的情況下最大值可達1000F。圖圖(a)：外接電阻：外接電阻R=Rext（1.440k）。）。圖圖(b)：用內部電阻：用內部電阻RRint (約為約為2k)。2022-5-1416.3.36.3.3單穩態觸發器的應用 1. 脈沖延時單穩態觸發器的主要應用是整形、定時和延時。 圖6-18單穩電路的延時作用 如果需要延遲脈沖的觸發時間，可利用單穩電路來實現。 uO的下降沿比的下降沿比uI的下降沿延遲了的下降沿延遲了tw的時間。的時間。 2022-5-1422.脈沖定時 單穩態觸發器能夠產生一定寬

18、度tw的矩形脈沖，利用這個脈沖去控制某一電路，則可使它在tw時間內動作(或者不動作)。 圖6-19脈沖定時2022-5-1436.4.16.4.1 對稱式多諧振蕩器 6.4.26.4.2 環形振蕩器 6.4.36.4.3 石英晶體振蕩器 2022-5-144 1多諧振蕩器沒有穩定狀態，只有兩個暫穩態。 2通過電容的充電和放電，使兩個暫穩態相互交替，從而產生自激振蕩，無需外觸發。 3輸出周期性的矩形脈沖信號，由于含有豐富的諧波分量，故稱作多諧振蕩器。6.4.1 6.4.1 對稱式多諧振蕩器 1. 電路組成由兩個TTL反相器經電容交叉耦合而成。通常令C1=C2=C，R1=R2=RF。為了使靜態時反

19、相器工作在轉折區，具有較強的放大能力，應滿足ROFFRFRON的條件。 圖6-20對稱式多諧振蕩器 2022-5-1462.工作原理 假定接通電源后，由于某種原因使uI1有微小正跳變，則必然會引起如下的正反饋過程 ： 使uO1迅速跳變為低電平、uO2迅速跳變為高電平，電路進入第一暫穩態。此后，uO2的高電平對C1電容充電使uI2升高，電容C2放電使uI1降低。由于充電時間常數小于放電時間常數，所以充電速度較快，uI2首先上升到G2的閾值電壓UTH，并引起如下的正反饋過程： 2022-5-147使uO2迅速跳變為低電平、uO1迅速跳變為高電平，電路進入第二暫穩態。此后，C1放電、C2充電，C2充

20、電使uI1上升，會引起又一次正反饋過程，電路又回到第一暫穩態。這樣，周而復始，電路不停地在兩個暫穩態之間振蕩，輸出端產生了矩形脈沖。 2022-5-148圖6-21 對稱式多諧振蕩器的工作波形 2022-5-1493.主要參數 矩形脈沖的振蕩周期為 T1.4RFC當取RF1k、CI00 pF100 F時，則該電路的振蕩頻率可在幾赫到幾兆赫的范圍內變化。2022-5-1506.4.26.4.2 環形振蕩器 1. 最簡單的環形振蕩器 圖6-22最簡單的環形振蕩器(a) 電路 (b) 工作波形利用集成門電路的傳輸延遲時間，將奇數個反相器首尾相連便可構成最簡單的環形振蕩器。該電路沒有穩定狀態。 如此周

21、而復始，便產生了自激振蕩。振蕩周期T=6tpd。 2022-5-1512. RC環形振蕩器 最簡單的環形振蕩器構成十分簡單，但是并不實用。因為集成門電路的延遲時間tpd極短，而且振蕩周期不便調節。圖6-23 RC環形振蕩器 利用電容利用電容C的充放電，改變的充放電，改變uI3的電平的電平(因為因為RS很小很小,在分析時往往忽略它。在分析時往往忽略它。)來控制來控制G3周期性的導周期性的導通和截止，在輸出端產生矩形脈沖。通和截止，在輸出端產生矩形脈沖。 RS是 限 流 電 阻是 限 流 電 阻（保護（保護G3），通），通常選常選100左右。左右。增加RC延遲環節，即可組成RC環形振蕩器電路。 2

22、022-5-152圖6-24 RC環形振蕩器的工作波形 電路的振蕩周期為 T2.2RCR不能選得太大（一般1k左右），否則電路不能正常振蕩。 。 2022-5-1533. CMOS反相器構成的多諧振蕩器 R的選擇應使G1工作在電壓傳輸特性的轉折區。此時，由于uO1即為uI2，G2也工作在電壓傳輸特性的轉折區，若uI有正向擾動，必然引起下述正反饋過程： 圖6-25 CMOS反相器構成的多諧振蕩器 2022-5-154使uO1迅速變成低電平，而uO2迅速變成高電平，電路進入第一暫穩態。此時，電容C通過R放電，然后uO2向C反向充電。隨著電容C的的放電和反向充電，uI不斷下降，達到uIUTH時，電路

23、又產生一次正反饋過程： 從而使uO1迅速變成高電平，uO2迅速變成低電平，電路進入第二暫穩態。此時，uO1通過R向電容C充電。 2022-5-155隨著電容C的不斷充電，uI不斷上升，當uIUTH時，電路又迅速跳變為第一暫穩態。如此周而復始，電路不停地在兩個暫穩態之間轉換，電路將輸出矩形波。 振蕩周期為 T1.4RC 圖6-26CMOS反相器構成多諧振蕩器的工作波形 2022-5-1566.4.36.4.3石英晶體振蕩器 前面介紹的多諧振蕩器的一個共同特點就是振蕩頻率不穩定，容易受溫度、電源電壓波動和RC參數誤差的影響。而在數字系統中，矩形脈沖信號常用作時鐘信號來控制和協調整個系統的工作。因此

24、，控制信號頻率不穩定會直接影響到系統的工作，顯然，前面討論的多諧振蕩器是不能滿足要求的，必須采用頻率穩定度很高的石英晶體多諧振蕩器。 2022-5-157石英晶體的阻抗頻率特性圖 石英晶體具有很好的選頻特性。當振蕩信號的頻率和石英晶體的固有諧振頻率fo相同時，石英晶體呈現很低的阻抗，信號很容易通過，而其它頻率的信號則被衰減掉。2022-5-158因此，將石英晶體串接在多諧振蕩器的回路中就可組成石英晶體振蕩器，這時，振蕩頻率只取決于石英晶體的固有諧振頻率fo，而與RC無關。圖6-27石英晶體振蕩器電路 在對稱式多諧振蕩器的基礎上，串接一塊石英晶體，就可以構成一個石英晶體振蕩器電路。該電路將產生穩

25、定度極高的矩形脈沖，其振蕩頻率由石英晶體的串聯諧振頻率fo決定。 2022-5-159目前，家用電子鐘幾乎都采用具有石英晶體振蕩器的矩形波發生器。由于它的頻率穩定度很高，所以走時很準。通常選用振蕩頻率為32768HZ的石英晶體諧振器，因為32768215，將32768HZ經過15次二分頻，即可得到1HZ的時鐘脈沖作為計時標準。2022-5-1606.5.16.5.1 555定時器 6.5.26.5.2 555定時器的應用舉例2022-5-161為數字模擬混合集成電路。可產生精確的時間延遲和振蕩，內部有3個5K的電阻分壓器，故稱555。在波形的產生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領域

26、中都得到了應用。 2022-5-162各公司生產的555定時器的邏輯功能與外引線排列都完全相同。 雙極型產品CMOS產品單555型號的最后幾位數碼5557555雙555型號的最后幾位數碼5567556優點驅動能力較大低功耗、高輸入阻抗電源電壓工作范圍516V318V負載電流可達200mA可達4mA6.5.1 6.5.1 555定時器 1. 電路組成圖6-28 555定時器(a) 原理圖 (b)外引線排列圖電阻分壓器電壓比較器基本RS觸發器放電管T緩沖器2022-5-164（1） 電阻分壓器 由3個5k的電阻R組成，為電壓比較器C1和C2提供基準電壓。 2022-5-165（2） 電壓比較器C1

27、和C2。當UU時， UC輸出高電平，反之則輸出低電平。2022-5-166CO為控制電壓輸入端。當CO懸空時，UR12/3VCC，UR21/3VCC。當COUCO時，UR1UCO，UR21/2UCO 2022-5-167TH稱為高觸發端，TR 稱為低觸發端。 2022-5-168 （3） 基本RS觸發器 其置0和置1端為低電平有效觸發。R是低電平有效的復位輸入端。正常工作時，必須使R處于高電平。 2022-5-169 （4） 放電管T T是集電極開路的三極管。相當于一個受控電子開關。 輸出為0時，T導通，輸出為1時，T截止。2022-5-170 （5）緩沖器 緩沖器由G3和G4構成，用于提高電

28、路的負載能力。2022-5-1712.工作原理 TH接至反相輸入端，當THUR1時，UC1輸出低電平，使觸發器置0，故稱為高觸發端（有效時置0）； TR接至同相輸入端，當TRUR2時，UC2輸出低電平，使觸發器置1，故稱為低觸發端（有效時置1）。 表6-2 555定時器的功能表 2022-5-1726.5.26.5.2 555定時器的應用舉例1.構成施密特觸發器 思考：施密特觸發器的特點？思考：施密特觸發器的特點？回差特性：上升過程和下降過程有不同的轉回差特性：上升過程和下降過程有不同的轉換電平換電平UT和和UT。 如何與如何與555定時器發生聯系？定時器發生聯系？ 內部比較器有兩個不同的基準

29、電壓內部比較器有兩個不同的基準電壓UR1和和UR2。 2022-5-1731.構成施密特觸發器 圖6-29 555定時器構成的施密特觸發器（a）電路 （b）工作波形如果在如果在UIC加上控制電壓，加上控制電壓，則可以改變電路的則可以改變電路的UT+和和UT。 2022-5-1742. 構成單穩態觸發器 （1）得到負脈沖外觸發：使高觸發置0端TH有效暫穩態0自動返回：通過電容C的充放電使低觸發置1端TR有效穩態1 思路：外觸發自動返回 （2）得到正脈沖 外觸發：使低觸發置1端TR有效暫穩態1 自動返回：通過電容C的充放電使高觸發置0端TH有效穩態02022-5-175圖6-30 555定時器構成的單穩態觸發器（a）電路 （b）工作波形 工作原理：穩態為0 低觸發有效置1 T截止， C充電 自動高觸發返0 提高基準電壓穩定性的濾波電容